DE4310384A1 - Verfahren zur digitalen Driftkompensation in einer Ladungsverstärkerschaltung - Google Patents

Verfahren zur digitalen Driftkompensation in einer Ladungsverstärkerschaltung

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DE4310384A1
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charge
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Lutz Dipl Ing Porsch
Ulrich Dr Ing Bornschein
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ABSTRON ELECTRONICS GmbH
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ABSTRON ELECTRONICS GmbH
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/70—Charge amplifiers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
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    • H03F1/303—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device
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Description

Zur Kompensation von Störgrößen in Meßverstärkerschaltungen sind verschiedene Lösungen bekannt. Es ist allgemein üblich, über Einstellwiderstände einen manuellen Abgleich vorzuneh­ men.
Zur Vermeidung des erheblichen Zeitaufwandes beim manuellen Abgleich von Meßschaltungen wurde in der DE-OS 36 10 170 vorgeschlagen, das Eichen einer Meßschaltung automatisch, über einen in der Meßschaltung vorhandenen Mikroprozessor, ablaufenzulassen. Dabei wird der Meßverstärker solange vom Mikroprozessor nachgestellt, bis das Signal am Analogausgang mit der Sollgröße übereinstimmt. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß die Verstärkerschaltung über entsprechend fein­ stufige, vom Mikroprozessor zu steuernde Einstellmöglichkei­ ten verfügen muß. Außerdem handelt es sich im Prinzip nur um einen einmaligen Eichvorgang. Insbesondere bei Ladungsver­ stärkerschaltungen sind jedoch auf Grund der hochohmigen Schaltungsausführung wiederholte Eichvorgänge notwendig.
In der europäischen Patentanmeldung 0 253 016 wird eine Schaltung zur Driftkompensation des Nullpunktes beschrieben, bei dem dem Eingang des Ladungsverstärkers eine aus dem Ausgangssignal abgeleitete Korrekturladung zugeführt wird. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß mögliche Driften der Korrekturschaltung selbst unberücksichtigt bleiben.
In der DE-OS 33 30 043 wird eine Driftkompensationsschal­ tung vorgeschlagen, bei welcher vor der Messung über einen zusätzlichen D/A-Wandler ein Abgleich der Eingangsleckströme erfolgt. Nachteilig hierbei ist der erhöhte schaltungstech­ nische Aufwand.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Driftkompensation beim Messen von Kräften, Drücken und Schwingungen mittels piezoelektrischen Sensors anzugeben, bei dem trotz der in einer Ladungsverstärker­ schaltung ständig neu auftretenden Driften, bei geringem schaltungstechnischen Aufwand, eine genaue Meßwertermittlung möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar vor jedem Meßvorgang durch Einspeisen einer definierten Ladungsmenge automatisch der augenblickliche elektrische und thermische Zustand der Ladungsverstärker­ schaltung digital erfaßt und daraus die Übertragungsfunktion berechnet wird. Die Übertragungsfunktion, welche im einfach­ sten Fall ein Übertragungsfaktor sein kann, wird gespei­ chert. Nach dem zeitlich unmittelbar darauffolgenden Meßvor­ gang wird das Meßergebnis entsprechend der gespeicherten Übertragungsfunktion korrigiert.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß keine aufwendigen schaltungstechnischen Maßnahmen zur Eichung bzw. Driftkompensation der einzelnen Elemente der Meßschaltung notwendig sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der in der Figur dargestellten Schaltung näher beschrieben.
Die Spannungsreferenz (10) kann über den Schalter (11) mit dem Kondensator (12) verbunden werden. Gleichzeitig liegt der Meßeingang (13) über den Schalter (14) am Eingang des Ladungsverstärkers (15) an. Der Ausgang des Ladungsverstär­ kers (15) ist mit dem Eingang des Analog/Digital-Conver­ ters (16) verbunden. Der Mikroprozessor (17) verarbeitet die analog-digital gewandelten Daten und ist zum Zwecke der Meßwertspeicherung mit einem Speicher (18) und zur Meßwert­ ausgabe mit dem Display (19) verbunden, was zusammen das Mikrorechnersystem (20) darstellt.
Zu Beginn des Meßvorgangs wird, vom Mikroprozessor (17) gesteuert, der Meßeingang (13) mittels des Schalters (14) vom Eingang des Ladungsverstärkers (15) getrennt, der La­ dungsverstärker (15) rückgesetzt und anschließend der Kon­ densator (12) über den Schalter (11) mit der Spannungsrefe­ renz (10) verbunden (in der Figur dargestellte Schalterstel­ lung).
Aus der Referenzspannung und der Kapazität des Kondensa­ tors (12) ist dem Mikrorechnersystem (20) die so eingespei­ ste Ladung bekannt. Dadurch kann auf einfache Weise aus dem Ausgangssignal des Ladungsverstärkers (15) die Übertragungs­ funktion U = f(Q) bestimmt werden. Diese Funktion beschreibt den momentanen Zustand des Ladungsverstärkers (15) unter Berücksichtigung der Auswirkungen aller Driften. Die Meß­ wertberechnung erfolgt mittels dieser Funktion und dem Übertragungsfaktor des Sensors, was letztlich die Gesamt­ funktion der Meßkette ergibt.
Die Messung selbst erfolgt unmittelbar nach der Ermittlung des momentanen Zustandes des Ladungsverstärkers (15) durch Schließen des Schalters (14), wobei gleichzeitig der Konden­ sator (12) mit seinem kalten Anschluß an Masse gelegt wird. Die hinzugekommene Eingangskapazität des Ladungsverstärkers (15) muß mit einer zusätzlichen festen Korrektur berücksich­ tigt werden.
Geht man von einer ausreichenden Kurzzeitstabilität des Ladungsverstärkers (15) aus, ist so mit geringem Aufwand eine exakte Messung möglich.
Bezugszeichenliste
10 Spannungsreferenz
11 Schalter
12 Kondensator
13 Meßeingang
14 Schalter
15 Ladungsverstärker
16 Analog/Digital-Converter
17 Mikroprozessor
18 Speicher
19 Display
20 Mikrorechnersystem.

Claims (1)

  1. Verfahren zur digitalen Driftkompensation in einer Ladungs­ verstärkerschaltung zum Messen von Kräften, Drücken oder Schwingungen mittels piezoelektrischen Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor jedem Meßvorgang durch Einspeisen einer definierten Ladungsmenge automatisch der augenblickliche elektrische und thermische Zustand der Ladungsverstärkerschaltung digital erfaßt und daraus die Übertragungsfunktion berechnet wird, welche in einem Spei­ cher abgelegt und nach dem Meßvorgang zur Korrektur des Meßergebnisses herangezogen wird.
DE19934310384 1993-03-30 1993-03-30 Verfahren zur digitalen Driftkompensation in einer Ladungsverstärkerschaltung Withdrawn DE4310384A1 (de)

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